Samsung lança chips Artik para Internet das Coisas

A Samsung revelou uma nova família de chips para serem usados na Internet das Coisas, colocando-a em competição direta com a Intel, Qualcomm e outras empresas na busca para conectar tudo.

Young Sohn, presidente da Samsung Electronics disse que a linha de processadores Artik combina hardware e software para auxiliar as empresas a construir rapidamente dispositivos conectados à Internet. Alex Hawkinson — CEO da companhia SmartThings, uma startup que desenvolve projetos para  Casas Inteligentes que a  Samsung adquiriu no ano passado – também revelou a nuvem aberta SmartThings que tornará mais fácil e mais rápido para os fabricantes de dispositivos e outras empresas criarem aplicações para os produtos.

Há três variantes do chip Artik: Artik 1, Artik 5 e Artik 10, nos quais cada chip possui poder de processamento maior e capacidades mais complexas. Os chips irão custar de menos de US$10 até cerca de US$100, disse Sohn, e serão destinados a tudo, desde simples dispositivos rastreadores até drones e hubs para casas inteligentes.

Tanto os chips quanto a nuvem SmartThings estão disponíveis hoje para serem usados em novos dispositivos da Internet das Coisas.

Artik 1

Artik 5

Artik 10

“O que é impotante é que estas são máquinas inteligentes que irão tornar nossas vidas melhores”,  disse Sohn durante um discurso na IoT World en San Francisco – CA

Os novos processadores da Samsung seguem um impulso semelhante à Intel. A empresa revelou em Janeiro uma plataforma de processadores para dispositivos vestíveis (wearables) denominada Curie. Esse dispositivo, do tamanho de um botão, inclui um processador, rádio Bluetooth de baixa energia, sensores e é capaz de funcionar por períodos de tempo estendidos com uma bateria do tamanho de uma moeda, ou ainda pode ser recarregado.

Porém o Curie, que é baseado em uma tecnologia de 32 nanômetros, não estará disponível até o segundo semestre do ano, o que dá uma vantagem ao chip Artik da Samsung.

A Samsung vem apostando alto na Internet das Coisas, que é o conceito de usar sensores e outras tecnologias para conectar basicamente tudo o que você pode imaginar à Internet. A empresa de análise Gartner prevê que o número de dispositivos conectados em rede irá disparar de cerca de 900 milhões de unidades em 2009 para 26 bilhões de unidades em 2020, transformando objetos e dispositivos comuns em dispositios inteligentes que podem se comunicar entre si.

De acordo com o IDC, o mercado de IoT baterá US$3.04 trilhões no ano de 2020.

Durante a mostra Consumer Electronics de 2015, em Janeiro, a Samsung, liderada pelo co-CEO Boo-Keun Yoon, prometeu que todos os produtos da companhia seriam construídos sobre plataformas que sejam abertas e compatíveis com outros produtos. Yoon também disse que 90% de seus dispositivos – desde smartphones até refrigeradores seriam capazes de se conectar à Internet até 2017.

Em cinco anos, todos os produtos em todo o  catálogo da empresa devem ser conectáveis à Internet. A Samsung enviou, no ano passado, cerca de 665 milhões de dispositivos por meio de suas divisões de dispositivos móveis e de eletrônicos.

A Samsung é a maior fabricante de chips de memória e também fabrica processadores para aplicações que servem como controladores de dispositivos, incluindo muitos dos iPhones da Apple.

O chip Artik mais avançado da Samsung usa a mesma tecnoogia que os processadores utilizados nos smatphones da empresa, de acordo com Sohn.

“Tudo já está ajustado, então porque nós não tiramos vantagem da tecnologia desenvolvida para os smartphones e a tornamos disponível para a Internet das Coisas?, ele perguntou durante a conferência.

A Boogio, uma startup que consegue transformar qualquer sapato em um “sapato inteligente” para propósitos como reabilitação, está usando o chip Artik 1 na quinta geração de seu dispositivo. E justamente porque a Samsung já combinou os chips, gerenciamento de energia e sensores, a Boogio pode, em vez disso, se focar em outras características e obter seus produtos mais rapidamente.

O chip Artik irá  “nos habilitar a levar nossa tecnologia para o próximo nível”, disse o CEO da Boogio, José Torres. “O Artik chega em uma hora muito crítica em nosso ciclo de desenvolvimento”.

Fonte: CNET

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De acordo com um artigo publicado na revista Nature, os pesquisadores descobriram um novo processo para a produção de transistores ultra-finos. Com apenas três átomos de espessura, eles seriam atualmente os menores componentes eletrônicos existentes.

Os dispositivos são fabricados com um material experimental conhecido como um metal de transição dicalcogeneto, também conhecido como TMD (Transition Metal Dichacogenide). Os TMDs geralmente aparecem como filmes com apenas alguns átomos, com propriedades que os tornam úteis para a construção de células solares, detectores de luz, ou semicondutores. Embora a perspectiva seja bastante excitante para físicos e fabricantes de componentes eletrônicos, fazer com que os materiais funcionem tem mostrado ser uma tarefa muito difícil.

No entanto, o resultado de ter átomos que são tão finos pode ser visto como o melhor processo para a fabricação dos materiais, dando esperanças de que algum dia eles possam se tornar circuitos e sensores de tamanho atômico.

“Nosso trabalho eleva os TMDs a uma escala tecnologicamente relevante, mostrando a promessa de fabricar dispositivos nessa escala”, disse um dos autores do artigo, Saien Xie. “Em princípio não há nenhuma barreira para [viabilidade comercial].”

Os cientistas explicaram a nova forma de produzir os TDMs, que é mais estável do que os métodos anteriores. Usando uma técnica industrial conhecida como deposição de vapor químico orgânico de metal, (metal organic chemical vapor deposition / MOCVD), o processo envolve dois compostos disponíveis comercialmente: – sulfeto de dietila, e um composto de hexacarbonilo metálico, que são misturados numa pastilha de silício e cozidos a 550ºC por 26 horas na presença de gás hidrogénio.

Esta descoberta pode vir a resultar em um avanço real para as futuras gerações de aparelhos eletrônicos. A partir do momento em que os eletrônicos forem ficando cada vez menores e rmais rápidos também, precisaremos de um material muito fino que possa empacotar circuitos ainda menores e mais condensados, sem superaquecimento ou ruptura.

Embora não tenhamos certeza de que o TDM e o grafeno provarão ser bem-sucedidos, esse resultado é certamente um sinal encorajador, especialmente para qualquer um que tenha a construção de sistemas eletrônicos e componentes como os transistores em nanoescala em mente.

História via The Verge

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Início

A eletricidade nos rodeia – tecnologias como telefones celulares, computadores, lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado e vídeo-games funcionam à base de energia elétrica. É quase impossível não depender da eletricidade em nosso mundo moderno. E, mesmo que você consiga se “desplugar”, a eletricidade ainda é encontrada na natureza, desde os raios em uma tempestade até os sinais elétricos nas sinapses em nossos neurônios.

Mas, o que exatamente é a eletricidade? Bem, está é uma questão um tanto quanto complicada, e quanto mais nos aprofundamos no assunto, mais questões vão surgindo – e na verdade, não há uma resposta definitiva, apenas representações abstratas de como a eletricidade interage com o meio ao nosso redor.

A Eletricidade é um fenômeno natural que ocorre na natureza e se apresenta de muitas formas diferentes. Vamos nos focar neste tutorial na noção de Corrente Elétrica, o fenômeno que alimenta nossos equipamentos eletro-eletrônicos. Vamos tentar entender como a eletricidade flui de uma fonte de energia através de fios, acendendo LEDs, acionando motores e alimentando nossos dispositivos de comunicação.

A Eletricidade é definida sucintamente como o fluxo de cargas elétricas, mas há muito mais por trás dessa simples declaração. De onde as cargas vem? Como elas se movem? Para onde vão? Como uma carga elétrica provoca movimento mecânico, ou produz luz? São muitas as questões a serem respondidas, e para começar vamos precisar analisar o que ocorre em nível atômico na matéria, estudando um pouco sobre os átomos que constituem basicamente tudo com o que nós interagimos na vida.

Portanto, vamos falar um pouco sobre física básica, abordando conceitos como força, energia, átomos, partículas atômicas e campos. Não nos aprofundaremos em demasia nesses assuntos, e caso você queira conhecer mais a respeito deverá consultar outras fontes – como as que citaremos no final do artigo.

Átomos

Para entender os fundamentos da eletricidade, precisamos primeiramente entender os átomos, que são blocos fundamentais de construção da matéria. Os átomos se apresentam em diferentes formas nos elementos químicos, como hidrogênio, oxigênio, ferro e cobre. Os átomos de muitos tipos podem se combinar para formar moléculas, as quais constituem a matéria que nós podemos ver e tocar fisicamente.

Os átomos são muito, mas muito pequenos, com no máximo cerca de 300 picômetros de tamanho ( 3×10-10 ou 0.0000000003 metros!). Uma moedinha de cinco centavos pode ter cerca de 3.2×1022 átomos (32.000.000.000.000.000.000.000 de átomos) de metal em sua constituição.

Porém, mesmo o átomo não é pequeno o suficiente para explicar como funciona a eletricidade. Precisamos mergulhar mais a fundo e observar os blocos de construção dos próprios átomos, que são as partículas subatômicas – em nosso caso, prótons, elétrons e nêutrons.

Blocos de construção dos Átomos

Um átomo é “construído” com uma combinação de três partículas distintas: prótons, elétrons e nêutrons. Cada átomo possui um núcleo central, onde os prótons e os nêutrons se localiza, densamente unidos. Rodeando o núcleo encontramos grupos de elétrons em órbita, uma região chamada de “eletrosfera”. Veja um modelo conceitual simples de átomo na figura a seguir:

Um modelo de átomo muito simplificado. Não está em escala, mas é útil para entender como um átomo é constituído. Um núcleo central de prótons e nêutrons é rodeado por elétrons em órbita (a exceção é o átomo de hidrogênio, que não possui nêutrons).

Todo átomo tem ao menos um próton em seu núcleo. O número de prótons no átomo é importante, porque ele define que elemento químico o átomo representa. Por exemplo, um átomo com apenas um próton é o hidrogênio, um átomo com 29 prótons é o cobre, e um átomo com 79 prótons é o ouro. Esta contagem do número de prótons é conhecida como o Número Atômico do átomo.

Os nêutrons no núcleo servem a um propósito muito importante: eles mantém os prótons unidos no núcleo e deterinam o isótopo do átomo. Mas os nêutrons não são importantes em nosso estudo sobre eletricidade, de modo que não falaremos sobre eles neste tutorial.

Já os elétrons são críticos para o funcionamento da eletricidade – aliás, a própria palavra eletricidade é derivada de elétron. Em sua forma mais estável, um átomo terá o mesmo número de elétrons e de prótons, sendo então um átomo neutro. De acordo com o modelo atômico de Bohr mostrado abaixo, um núcleo com 29 prótons é rodeado por exatos 29 elétrons:

O modelo atômico de Bohr é um modelo muito útil para nossos estudos sobre eletricidade.

Os elétrons não ficam presos eternamente aos átomos. Os elétrons na órbita (“camada”) mais externa do átomo são chamados de elétrons de valência. Se houver força externa suficiente, um elétron da camada de valência pode escapar da órbita do átomo e se tornar livre. Elétrons livres nos permitem movimentar cargas, o que é o preceito fundamental da eletricidade. Vamos falar então sobre as Cargas Elétricas

Cargas Circulantes

Como mencionamos anteriormente, a eletricidade é definida como o fluxo de cargas elétricas. Carga é uma propriedade da matéria, assim como massa, volume ou densidade. Podemos medir as cargas elétricas, determinando a quantidade de cargas que um corpo possui. E um outro conceito chave no entendimento das cargas elétricas é que elas existem em dois tipos: positivas (+) ou negativas (-).

Para que possamos mover as cargas necessitamos de portadores de carga, e eles são os elétrons. Os elétrons carregam uma carga negativa (por convenção), enquanto os prótons possuem carga positiva. Já o nêutrons não possuem carga – são “neutros”. Os elétrons e os prótons carregam a mesma quantidade de carga – apenas o tipo é diferente.

Um átomo de lítio.

As cargas dos elétrons e dos prótons são importantes, pois elas nos fornecem meios de exercer força sobre elas: a Força Eletrostática.

Força Eletrostática

A Força Eletrostática, também conhecida como Lei de Coulomb, é uma força que opera entre cargas. Cargas do mesmo tipo se repelem mutuamente, enquanto cargas de tipos opostos se atraem.

A quantidade de força que age sobre duas cargas depende da distância entre elas. Quanto mais próximas duas cargas estiverem entre si, maior a força, tanto de atração, quanto de repulsão.

Graças à força eletrostática, os elétrons “empurrarão” outros elétrons e serão atraídos por prótons. Esta força é parte da “cola” que mantém os átomos unidos, e é também a força que precisamos para fazer como que os elétrons e, consequentemente, as cargas possam fluir.

Fazendo com que as cargas circulem

Os elétrons nos átomos podem agir como portadores de carga, porque cada elétron carrega uma carga negativa. Se pudermos libertar um elétron de um átomo e forçá-lo a se mover, poderemos criar eletricidade.

Considere o modelo atômico de um átomo de cobre, m dos melhores materiais para carregar cargas elétricas. Em seu estado estável, o cobre possui 29 prótons em seu núcleo e um número igual de elétrons orbitando ao redor desse núcleo. Os elétrons orbitam em distâncias variáveis do núcleo do átomo, e elétrons mais próximos ao núcleo sofrem uuma força de atração muito maior do que os elétrons posicionados em órbitas mais distantes. Os elétrons mais externos de um átomo são chamados de elétrons de valência, e requerem pouca força para se libertarem do átomo em questão.

Diagrama de um átomo de cobre: 29 prótons no núcleo, rodeados por camadas de elétrons em circulação. Os elétrons mais próximos do núcleo são muito difíceis de remover enquanto os elétrons de valência, na camada externa precisam de pouca energia para serem ejetados do átomo.

Usando força eletrostática suficiente nos elétrons de valência – tanto “empurrando” com uma outra carga negativa quanto “puxando” com uma carga posistiva – podemos ejetar o elétron da órbita ao redor do átomo, criando assim um elétron livre.

Consideremos agora um fio de cobre: matéria preenchida com incontáveis átomos de cobre (na verdade, podemos contá-los!). Enquanto nosso elétron livre flutua no espaço entre os átomos, ele é empurrado e puxado pelas cargas ao redor daquele espaço. Neste caos o elétron livre irá eventualmente encontrar um outro átomo para se acomodar; desta forma, a carga negativa deste elétron irá ejetar outro elétron da camada de valência do átomo. Agora temos um novo elétron vagando pelo espaço livre, eventualmente agindo como o anterior. Este efeito em cadeia pode continuar indefinidamente e criar um fluxo de elétrons denominado Corrente Elétrica.

Um modelo muito simplificado de cargas fluindo através de átomos e constituindo uma corrente elétrica.

Condutividade

Alguns tipos de átomos elementares são mais eficientes do que outros na tarefa de libertar seus elétrons. Para obter o melhor fluxo possível de elétrons nós precisamos usar átomos que não “prendam” os elétrons da camada de valência com muita força. A condutividade de um elemento mede o quão fortemente unido um elétron está a um átomo.

Elementos que possuem alta condutividade, com elétrons de alta mobilidade, são chamados de Condutores. Estes são os tipos de materiais que usamos para fazer fios e outros componentes que auxiliam no fluxo de elétrons. Metais como cobre, prata e ouro são geralmente as melhores escolhas para bons condutores.

Já elementos com baixa condutividade são chamados de Isolantes. Os isolantes servem a um propósito muito importante: impedir o fluxo de elétrons. Isolantes comuns são o vidro, borracha, plástico e o ar.

Eletricidade Estática e Dinâmica

Há duas formas que a eletricidade pode assumir: estática ou dinâmica. Quando trabalhamos com eletrônica, é muito mais comuns lidarmos com eletricidade dinâmica, mas é importante que tenhamos uma boa compreensão sobre eletricidade estática também.

Eletricidade Estática

A eletricidade estática existe quando há um acúmulo de cargas opostas em objetos separados por um isolante. Ela existe até que os grupos de cargas opostas possam encontrar um caminho entre si para balancear o sistema.

Quando as cargas encontram um meio de se igualarem, uma descarga eletrostática ocorre. A atração das cargas se torna tão grande que elas podem fluir através até mesmo dos melhores isolantes. Descargas eletrostáticas podem ser perigosas dependendo de qual meio as cargas atravessam e para quais superfícies elas são transferidas. Cargas que se equalizam por meio do ar podem resultar em uma descarga visível, pois os elétrons transferidos colidem com outros elétrons no ar,o qual se torna excitado e libera energia na forma de luz.

Uma descarga controlada. Cargas opostas são criadas em cada um dos condutores até que sua atração seja tão grande que elas acabem fluindo através do ar.

Um dos exemplos mais dramáticos de descarga eletrostática é o raio. Quando um sistema de nuvens coleta carga suficiente em relação a outro grupo de nuvens ou ao solo, as cargas tentarão se equalizar. Quando a nuvem é descarregada, quantidades massivas de cargas positivas (às vezes negativas) percorrem através do ar a partir do solo até a nuvem, causando o efeito visível do relâmpago.

Também podemos ver o efeito da eletricidade estática quando nos penteamos com um pente plástico e depois o aproximamos de papel picado sobre a mesa. O papel é atraído para o pente devido à eletricidade estática acumulada. A fricção do pente com o cabelo provoca a transferência de elétrins de um material para o outro, de modo que o objeto que ganha elétrons se torna negativamente carregado, e o que perde elétrons, se torna positivamente carregado.

[AQUI VAI UMA FOTO DO PENTE COM O PAPEL PICADO]

Ao trabalharmos com eletrônica, geralmente não teremos de lidar com eletricidade estática. Quando o fizermos, será geralmente para tentar proteger componentes eletrônicos sensíveis contra descargas eletrostáticas, que podem danificá-los facilmente. Medidas preventivas contra eletricidade estática incluem o uso de pulseiras anti-estáticas, mantas de borracha e outros tipos de equipamento de segurança.

Alguns equipamentos fazem uso do fenômeno da eletricidade estática, como por exemplo as impressoras a Laser, que utilizam cargas estáticas para formarem as imagens a serem impressas no papel.

Eletricidade Dinâmica

Eletricidade dinâmica é a forma de eletricidade que permite a existência de todos os nossos equipamentos eletrônicos. Esta forma de eletricidade existe quando as cargas são capazes de fluir em movimento constante. De forma oposta à eletricidade estática onde as cargas se acumulam e permanecem em descanso, na eletricidade dinâmica  as cargas estão sempre se movimentando. Este é o tipo de eletricidade com a qual nos ocuparemos no resto do tutorial.

Circuitos

Para que possa fluir, a corrente elétrica necessita de um circuito, que pode ser descrito como um loop fechado de materiais condutores. Um circuito pode ser tão simples quanto um fio conectado ponta com ponta, porém circuitos realmente úteis normalmente  contém uma combinação de fios e outros componentes que controlam o fluxo de eletricidade. Um circuito, porém, não pode ter partes isolantes internamente que o dividam em seções separadas.

Se você tiver um fio de cobre e quiser induzir um fluxo de elétrons através dele, todos os elétrons livres precisam fluir na mesma direção. O cobre é um excelente condutor, perfeito para fazer cargas fluírem. Se um circuito feito com fios de cobre é quebrado, as cargas não fluirão através do ar, o que as impedirá também de prosseguir a partir do ponto onde o fio se partiu.

Por outro lado, se o fio for conectado nas duas pontas, todos os elétrons possuirão um átomo vizinho e poderão fluir na mesma direção geral.

Após essas reflexões, conseguimos entender como os elétrons podem fluir (se movimentar num condutor), mas como fazemos para que eles entrem em movimento a princípio? Então, uma vez que os elétrons estejam fluindo, como eles produzem a energia necessária para acender lâmpadas ou girar motores, por exemplo? Para entendermos como isso ocorre, vamos estudar os Campos Elétricos.

Campos Elétricos

Vimos anteriormente, de forma sucinta, como os elétrons fluem através da matéria para criar eletricidade. Agora, precisamos de uma fonte para induzir esse fluxo de elétrons. Geralmente, essa fonte de fluxo de elétrons virá na forma de um campo elétrico.

O que é um campo?

Um campo é uma ferramenta que usamos para modelar interações físicas que não envolvem nenhum tipo de contato observável. Os campos não podem ser vistos, pois eles não possuem aparência física, porém o efeito que eles exercem é bem real.

Todos nós estamos familiarizados com um campo em particular: o Campo Gravitacional Terrestre, que é o efeito de um corpo massivo atraindo outros corpos. O campo gravitacional da Terra pode ser modelado com um conjunto de vetores que apontam todos para o centro do planeta; independente de onde você estiver na superfície do planeta, você sentirá a firça te puxando em direção ao centro:

A força ou intensidade dos campos não é unforme em todos os pontos do campos. Quanto mais longe estivermos da origem do campo, menor será o efeito do campo sentido. A magnitude do campo gravitacional terrestre diminui a medida em que nos afastamos do centro do planeta.

Ao continuar nossa exploração sobre campos elétricos lembre-se de como o campo gravitacional da Terra funciona, pois ele possui muita similaridade com os campos elétricos. Campos gravitacionais exercem uma força nos objetos que possuem massa, e os campos elétricos exercem uma força em objetos que possuam cargas.

Campos Elétricos

Campos elétricos são uma ferramenta importante para compreendermos como a eletricidade surge e continua a fluir. Os campos elétricos descrevem as forças que atraem ou repelem cargas no espaço entre elas. Comparados ao campo gravitacional da Terra, os campos elétricos possuem uma diferença muito importante: enquanto o campo gravitacional geralmente atrai apenas outros objetos que possuam massa, os campos elétricos repelem cargas com a mesma frequência com que as atraem.

A direção dos campos elétricos é sempre definida como a direção para a qual uma carga de teste positiva se moveria se fosse lançada dentro do campo. A carga de teste tem de ser infinitamente pequena, para evitar que sua própria carga influencie o campo elétrico em si.

Podemos então começar a construir campos elétricos para cargas solitárias, positivas e negativas. Se você soltar uma carga de teste positiva próxima a uma carga negativa, a carga de teste será atraída em direção da carga negativa. Então, para uma carga negativa única nós podemos desenhar as setas de nosso campo elétrico apontando para dentro em todas as direções. A mesma carga de teste despejada próxima a outra carga positiva resultaria em repulsão entre ambas, o que significa que nós desenharíamos setas “saindo” da carga positiva:

Campos elétricos de cargas únicas. Uma carga negativa tem um campo elétrico em direção interna porque ela atrai cargas positivas. A carga positiva, por sua vez, possui um campo elétrico em sentido externo, pois repele cargas de mesmo tipo.

Grupos de cargas elétrica podem ser combinados para formarem campos elétricos mais completos:

O campo elétrico uniforme visto acima “aponta” para longe das cargas positivas, em direção Às negativas. imagine uma carga de teste minúscula inserida no campo elétrico formado; ela seguiria a direção das setas. Como vimos, a eletricidade geralmente envolve o fluxo dos elétrons – cargas negativas – que fluem contra campos elétricos.

Os campos elétricos nos fornecem a força necessária para induzir um fluxo de corrente. Um campo elétrico em um circuito é como uma “bomba de elétrons”: uma grande fonte de cargas negativas que podem impulsionar os elétrons, os quais fluirão através do circuito em direção à massa de cargas positivas.

Potencial Elétrico (Energia)

Quando nos aproveitamos a energia elétrica para acionar nossos circuitos, equipamentos e gadgets, estamos realmente transformando energia. Circuitos eletrônicos devem ser capazes de armazenar energia e transformá-la em outras formas, como calor, luz ou movimento. A energia armazenada de um circuito é chamada de energia potencial elétrica.

Energia Potencial

Para entendermos a energia potencial precisaremos entender a energia de um modo geral. Energia é definida como a habilidade de um objeto de realizar trabalho sobre outro objeto, o que significa mover esse objeto por uma certa distância. A energia existe  em muitas formas, algumas das quais podemos ver (como a energia mecânica) e outras que não podemos ver (como energia química ou elétrica) Independente de qual forma seja considerada, a energia existe em um de dois estados: Cinética e Potencial.

Um objeto possui energia cinética quando está em movimento. A quantidade de energia cinética que um objeto possui depende de sua massa e velocidade. Já a energia potencial é uma forma de energia armazenada quando um objeto está em repouso. Ela descreve quanto trabalho o objeto pode realizar se colocado em movimento. É um tipo de energia que nós podemos, geralmente, controlar. Quando um objeto é colocado em movimento, sua energia potencial se transforma em energia cinética.

Voltemos à gravidade como exemplo. Uma bola de boliche que esteja em repouso (parada) no topo de um edifício possui uma grande quantidade de energia potencial (armazenada). Uma vez que seja arremessada lá de cima, a bola – atraída pelo campo gravitacional – acelera em direção ao chão. Conforme a bola acelera, energia potencial é convertida em energia cinética (energia do movimento). Eventualmente toda a energia da bola será convertida de potencial para cinética, e então transferida para o chão (ou para o objeto como qual a bola se chocar). Quando a bola está no chão, possui muito pouca energia potencial.

Energia Potencial Elétrica

Da mesma forma que a massa em um campo gravitacional possui energia potencial gravitacional, cargas em um campo elétrico possuem energia potencial elétrica. A energia potencial elétrica de uma carga descreve quanta energia armazenada ela possui, e quando colocada em movimento por uma força eletrostática, essa energia se torna cinética, e então a carga pode realizar trabalho.

Como a bola de boliche no alto do edifício, uma carga positiva nas proximidades de outra carga positiva possui energia potencial elevada; se deixada livre para se mover, a carga seria repelida pela outra carga igual. Já uma carga de teste positiva colocada próxima a uma carga negativa teria pouca energia potencial, de forma análoga à bola de boliche no chão.

Para incutir algo com energia potencial, temos de realizar trabalho movendo o objeto por uma certa distância. No caso da bola de boliche, o trabalho vem de carregarmos a bola por dezenas de andares, subindo, no sentido contrário ao do campo gravitacional.  De forma similar, trabalho deve ser realizado para empurrar uma carga positiva contra a direção de um campo elétrico (tanto em direção a outra carga positiva, quanto para longe de uma carga negativa). Quanto mais longe a carga for deslocada no campo, mais trabalho teremos de realizar. Igualmente, se você tentar empurrar uma carga negativa para longe de uma carga positiva – contra o campo elétrico – terá de realizar trabalho.

Para uma carga localizada em um campo elétrico sua energia potencial elétrica dependerá do tipo (positiva ou negativa), quantidade de carga, e sua posição no campo. A energia potencial elétrica é medida na unidade joule (J).

Potencial Elétrico

O potencial elétrico é criado a partir de energia potencial elétrica para ajudar a definir quanta energia é armazenada em um campo elétrico. É um outro conceito que nos auxilia a modelar o comportamento de campos elétricos. Potencial Elétrico não é a mesma coisa que energia potencial elétrica!

Em qualquer ponto de um campo elétrico o potencial elétrico é a quantidade de energia potencial elétrica dividida pela total de carga naquele ponto. Tiramos a quantidade de cargas da equação e ficamos com uma idéia de quanta energia potencial áreas específicas do campo elétrico podem fornecer. O potencial elétrico é medido em unidades de joules por coulomb (J/C), os quais nós definimos como sendo um Volt (V).

Em qualquer campo elétrico há dois pontos de potencial elétrico que são de interesse significativo para nós. Há o ponto de alto potencial, onde uma carga positiva teria a energia potencial mais alta possível, e há o ponto de baixo potencial, onde uma carga teria a energia potencial mais baixa possível.

Um dos termos mais comuns que discutimos quando falamos de eltricidade é a voltagem (tensão). Uma tensão é a diferença de potencial entre dois pontos em um campo elétrico. A tensão elétrica nos dá uma idéia de quanta força (“pressão”) um campo elétrico possui.

Agora que entendemos os conceitos de potencial e energia potencial, vamos discutir outro ponto extremamente importante: A corrente elétrica.

Eletricidade em Ação!

Após estudar um pouco de física de partígulas, teoria de campos e energia potencial, sabemos o suficiente para fazer com que a eletricidade flua. Vamos criar um circuito!

Primeiro, revisemos os ingredientes de que precisamos para “fazer” eletricidade:

• A definição de eletricidade é o Fluxo de Cargas. Geralmente nossas cargas serão carregadas por elétrons livres.
• Elétrons (carga negativa) são retidos fracamente em átomos de materiais condutores. Com um pequeno empurrãozinho podemos libertar elétrons de átomos e fazê-los se movimentarem em uma direção geral uniforme.
• Um circuito fechado  de material condutor fornece um caminho para que os elétrons fluam continuamente.
• As cargas são impelidas por um campo elétrico. Precisamos de uma fonte de potencial elétrico (tensão / voltagem), a qual empurrará os elétrons de um ponto de baixa energia potencial para um ponto de energia potencial mais elevada.

Um Curto-circuito

Baterias são fontes de energia comuns, as quais convertem energia química em energia elétrica. Elas possuem dois terminais, os quais se conectam ao resto do circuito. Em um terminal há um excesso de cargas negativas, enquanto no outro terminal se acumulam as cargas positivas. Temos aqui então uma diferença de potencial pronta para entrar em ação.

Se nós conectarmos nosso fio “recheado” de átomos condutores de cobre à bateria, o campos elétrico irá influenciar os elétrons livres (de carga negativa) nos átomos do cobre. Empurrados a partir do terminal negativo e atraídos pelo terminal positivo de forma simultânea, os elétrons no cobre se moverão de átomo em átomo criando o fluxo de cargas que nós conhecemos como eletricidade – Corrente Elétrica.

Após um segundo do fluxo da corrente, os elétrons terão se movido na verdade muito pouco – frações de centímetro. Contudo, a energia produzida pelo fluxo de corrente é enorme, especialmente por não haver nada no circuito para diminuir o fluxo ou consumir a energia. Conectar um condutor puro diretamente aos terminais de uma fonte de energia não é uma boa idéia. A energia se move de forma muito rápida através do sistema (quase à velocidade da luz!) e é transformada em calor no fio, o qual pode rapidamente se fundir (derreter) ou entrar em combustão.

Acendendo uma Lâmpada

Em vez de desperdiçar essa energia toda, sem mencionar que a bateria pode ser danificada e o fio pegar fogo, vamos construir um circuito que faz algo realmente útil. Geralmente um circuito elétrico irá transformar energia elétrica em energia de outra forma – luz, calor, movimento, etc. Se nós conectarmos uma pequena lâmpada à bateria com os fios conectados entre ambos, teremos um circuito simples, porém funcional:

Esquema: Uma bateria (à esquerda) conectada a uma lâmpada (à direita). O circuito é completado quando a chave (no topo) é fechada. Com o circuito fechado, os elétrons podem fluir, empurrados a partir do terminal negativo da bateria através da lâmpada, em direção ao terminal positivo da bateria.

Enquanto os elétrons se movem a passo de tartaruga, o campo elétrico afeta o circuito inteiro quase instantaneamente (praticamente velocidade da luz!) Os elétrons ao longo do circuito, quer esteja no potencial mais baixo, mais alto, ou próximos à lâmpada, são influenciados pelo campo elétrico. Quando a chave é fechada e os elétrons são submetidos ao campo elétrico, todos os elétrons no circuito (na camada de valência!) começam a fluir praticamente ao mesmo tempo. As cargas mais próximas à lâmpada a atravessarão e começarão a transformar a energia, de elétrica em luminosa (e térmica também).

Avançando

Neste tutorial nós mostramos apenas uma minúscula parte do assunto. Ainda há muitos conceitos a serem explorados, e o faremos em nossos próximos tutoriais sobre Eletricidade e Eletrônica. A partir daqui, os próximos passos serão entender a Lei de Coulomb (um pouquinho de matemática…), trabalhar as grandezas elétricas (Tensão, Resistência, Corrente, Potência) e a Lei de Ohm.

É isso aí, nos vemos no próximo tutorial. Enquanto isso, aproveite e adquira um livro excelente sobre o assunto:

Licença de Uso

Este tutorial foi traduzido e adaptado de Sparkfun, e o original pode ser acessado a partir do endereço https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-electricity. Sua licença é a CC BY-NC-SA 3.0.

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Baixe o aqui o NOOBS

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Um sistema embarcado é um sistema de computador (hardware + software) que possui uma função dedicada, geralmente operando dentro de um outro sistema, elétrico, mecânico, hidráulico, etc.

Sistemas embarcados são usados para controlar muitos tipos de sistemas e equipamentos atualmente, além de encontrar aplicações muito variadas, desde a área médica até comunicação e entretenimento.

Devido ao seu tamanho compacto, baixo custo e aspectos de design simplificado, os sistemas embarcados são muito populares e extremamente utilizados, tendo-se tornado indispensáveis para a vida moderna.

Características Principais dos Sistemas Embarcados

• Baixo consumo energético
• Tamanho reduzido
• Baixo custo por unidade
• Operação especializada
• Baixo tempo de resposta
• Operação em tempo real
• Confiabilidade e Segurança
• Hardware e software coexistem (firmware)

Hardware

Os sistemas embarcados são baseados principalmente em microcontroladores. Alguns utilizam microprocessadores (mais complexos), e chips para processamento dedicado, como chips DSP (Digital Signal Processing).

Aplicações dos sistemas embarcados

Os sistemas embarcados são utilizados em inúmeras aplicações, como por exemplo:

• Relógios digitais
• CLPs e controles industriais
• Eletrodomésticos (microondas, lavadoras)
• Aviônica
• Eletrônica automotiva
• Automação residencial
• Telefones celulares
• Robótica

E muitas outras além dessas.

Praticamente tudo o que é programável possui um sistema embarcado. Os sistemas embarcados são, geralmente, classificados em quatro tipos: Computação geral (PDA, vídeo-games, etc); Sistemas de Controle (Controles veiculares, controles de vôo, reatores nucleares); Processamento de sinais (radares, sonares, DVD player, processadores de efeitos, analisadores de espectro); Comunicação / Rede (telefones celulares, roteadores, modems de internet).

Sistema Embarcado simples, controlando um pequeno robô-automóvel

Interfaces dos sistemas embarcados

Alguns sistemas embarcados não possuem nenhuma interface, e outro possuem interfaces gráficas complexas para interação com o usuário.

Às vezes a interface se resume a alguns botões, LEDs, sinais sonoros e LCDs.

Em alguns casos o sistema embarcado é acessado remotamente, usando algum protocolo de comunicação como Ethernet, USB, RS-232, I2C ou outro.

Comunicação

Os sistemas embarcados podem se comunicar com o mundo externo usando diversos tipos de periféricos, como:

• Interfaces Seriais
• Cartões SD, Compact Flash, etc.
• Rede Ethernet
• GPIO (General Purpose Input/Output Pin)
• Conversores ADC e DAC
• Barramentos especializados, como PROFIBUS
• Interfaces wireless, como XBee e Bluetooth

Partes de um sistema embarcado (simplificado)

Na figura abaixo podemos ver as partes que compõem um sistema embarcado simples, incluindo dispositivos de entrada e saída e sistema interno de processamento:

Partes de um sistema embarcado (simplificado)

Tipos de processadores

Os sistemas embarcados usam duas classes de processamento principais: microprocessado e microcontrolado.

Alguns exemplos de microprocessadores e microcontroladores usados em sistemas embarcados podem ser vistos na lista a seguir:

• ARM Cortex A8 / A9 / A15
• Famílias Intel Atom e Intel Quark
• Qualcomm Snapdragon
• AMD Geode LX
• Texas Instruments AM335x

Alguns microprocessadores e microcontroladores usados em sistemas embarcados

Exemplos de microcontroladores

A seguir temos uma pequena (bem pequena!) listagem de microcontroladores usados em sistemas embarcados:

• Família 8051
• Microchip PIC
• Hitachi H8
• Motorola 68HC16xx
• ARM Cortex M3 / M4
• Atmel ATmega
• Texas Instruments MSP430F2x
• TI Hercules RM

Microcontroladores usados em sistemas embarcados

Sensores

Os sensores são dispositivos capazes de detectar eventos ou alterações em variáveis ambientais e gerar uma saída na forma de sinais elétricos ou ópticos, que serão processados pelo sistema embarcado e utilizados para realizar  algum tipo de tarefa de controle, muitas vezes  acionando um atuador ou enviando sinais para outros circuitos.

Tipos de sensores usados em sistemas embarcados

• Fotoelétrico
• Detectores de sons
• Velocidade
• Temperatura
• Magnéticos
• Pressão
• Acelerômetros
• Giroscópios
• Gás e fumaça

Ao longo de nossos cursos de eletrônica vamos detalhar o uso de cada um desses sensores, e muitos mais.

Acionadores

Os dispositivos acionadores são componentes do sistema embarcado que enviam sinais de controle para acionar elementos e equipamentos externos ao sistema, como por exemplo acionando motores, acendendo e apagando luzes, emitindo sons, ligando e desligando máquinas, entre outras tarefas.

Exemplos de Acionadores

• Relés
• Drivers de Motores
• Drivers de LEDs
• Emissores de IR
• SCR
• TRIAC

Também detalharemos o uso desses, e de muitos outros acionadores, incluindo diversos projetos eletrônicos em nossos artigos e tutoriais sobre Eletrônica, Arduíno e Microcontroladores

Placas para estudo de sistemas embarcados

Há no mercado diversos kits e placas para estudo e prototipagem de sistemas embarcados e programação de microcontroladores / microprocessadores. Como exemplo, podemos citar:

• Plataforma Arduíno
• Intel Galileo
• Texas Instruments MSP430 Launchpad
• Beaglebone Black
• AMD Gizmo 2
• Raspberry Pi

E muitas outras mais!

Programação de Sistemas Embarcados

Para programar um sistema embarcado, normalmente usamos linguagens de programação de uso geral, como:

• C
• Assembly
• C++
• Java

E em alguns casos, linguagens específicas do fabricante do sistema, que podem inclusive serem baseadas nas linguagens acima, como por exemplo AppInventor ou LabView (National Instruments), que são softwares usados para programação do LEGO Mindstorms, que é um kit de aprendizagem de robótica da empresa LEGO.

Futuro dos Sistemas Embarcados

O mercado de sistemas embarcados tem um futuro extremamente promissor. Vejamos alguns dados de pesquisas que nos mostram previsões de crescimento e performance desse mercado.

• De acordo com um relatório da BCC Research, o mercado global de sistemas embarcados deve atingir a cifra de US$ 198.5 bilhões até 2019
• Até 2020 devem haver mais de 26 bilhões de dispositivos conectados à Internet (“internet das coisas”), baseados em sistemas embarcados. Sem contar os sistemas sem acesso à Internet.
• É previsto um crescimento contínuo na produção de eletrodomésticos nos próximos 5 anos, de acordo com pesquisa do portal Statista.
• Até 2018 o número de telefones celulares comercializados deve subir até atingir a marca de 1,9 bilhão de unidades / ano, um crescimento de 9,8% em relação às vendas de 2014, de acordo com o IDC.

Assista agora a um vídeo sobre Sistemas Embarcados, onde explico mais detalhadamente os conceitos expostos acima:

O post Introdução aos Sistemas Embarcados apareceu primeiro em Bóson Treinamentos em Ciência e Tecnologia.

Acesse o site oficial do projeto Raspberry Pi para obter mais informações sobre a placa e suas versões.

O post Raspberry Pi – Apresentação – 01 apareceu primeiro em Bóson Treinamentos em Ciência e Tecnologia.

Microcontrolador

Um microcontrolador é um chip que contém praticamente um pequeno computador embutido, de baixo custo, incluindo:

• Núcleo de processamento
• Memórias RAM / ROM /Flash
• Periféricos de E/S
• Conversores de sinais
• Gerador de Clock, entre outros.

Os microcontroladores, ou MCU (microcontroller unit) são projetados para uso em aplicações embarcadas e outros sistemas específicos.

Aplicações dos microcontroladores

Os microcontroladores encontram um número enorme de aplicações na eletrônica moderna, como por exemplo:

• Sistemas embarcados
• Brinquedos
• Sistemas R/C (controle remoto)
• Máquinas industriais e comerciais
• Eletrodomésticos

Vantagens

Existem diversas vantagens no uso de microcontroladores para a construção de circuitos eletrônicos. Dente elas, podemos citar as seguintes:

• Custos baixos de projeto e construção
• Consumo de energia mínimo
• Facilidade de programação
• Sistema compacto (“all in one”)
• Praticidade para reposição

MCU x CPU

Vamos fazer uma pequena comparação entre Microcontroladores e Microprocessadores.

Um microcontrolador é diferente de um microprocessador de várias maneiras. O principal ponto é a funcionalidade. Um microprocessador necessita de diversos componentes externos, como memórias, barramentos e periféricos para poder operar. O MCU contém esses elementos todos embutidos.

Além disso, um microprocessador geralmente faz parte de um sistema programável genérico, como um computador, ao passo que o MCU realiza apenas a tarefa específica para o qual foi programado, dentro de unm circuito eletrônico.

Arquiteturas Harvard x Von Neumann

Há basicamente dois tipos de arquiteturas de computadores digitais: Harvard e von Neumann

A arquitetura Harvard tem esse nome pois tem suas raízes no computador Harvard Mark I. Sua característica principal é que ela possui memórias separadas para armazenamento de dados e instruções. Desta forma, é possível acessar a memória de programa e a memória de dados simultaneamente. Geralmente a memória de programa (instruções) e´somente=leitura e a memória de dados é leitura/escrita. Assim, é impossível que o conteúdo de um programa seja modificado pelo programa em si.

Já a arquitetura von Neumann batizada a partir do matemático e cientista da computação John von Neumann. As máquinas com arquitetura von Neumann possuem um único sistema de armazenamento compartilhado para armazenar dados e as instruções a serem executadas. Desta forma, os programas podem ser facilmente modificados por si próprios, pois ficam armazenados na memória que é leitura/escrita.

Arquiteturas Harvard e Von Neumann.
Imagem: http://santhosh84.blogspot.com.br/

Comparativo das arquiteturas Harvard e von Neumann

Periféricos típicos de um MCU

Um microcontrolador possui, tipicamente, os periféricos listados a seguir:

• Conversores ADC / DAC
• Timers
• Linhas PWM (Pulse Width Modulation)
• Interface USB
• Interfaces UART, I2C, SPI
• Ethernet, CAN (Controller Area Network)

Um CAN (Controller Area Network) é um barramento projetado para que microcontroladores e outros dispositivos, como sensores, se comuniquem entre si sem a necessidade de um computador host.

Exemplos de Microcontroladores

Vejamos alguns exemplos típicos de microcontroladores comuns encontrados no mercado e usados comumente em projetos eletrônicos:

• ARM Cortex-M
• Atmel AVR / AVR 32
• Intel 8051
• Microchip PIC
• NXP LCP 2000 / 3000
• Paralax Propeller
• Texas Instruments MSP430

Alguns microcontroladores comuns

Programação de um Microcontrolador

• Os microcontroladores não possuem, geralmente, um sistema operacional; os programas rodam diretamente no chip (bare metal).
• O software que roda no microcontrolador é chamado de Firmware.
• O software é programado em linguagens C ou Assembly na maior parte dos casos, embora seja possível usar outras linguagens em alguns MCUs.
• A programação é feita como o uso de ferramentas instaladas em um PC (IDE)

Placas para estudo de microcontroladores

Há no mercado diversos kits e placas para estudo e prototipagem de sistemas embarcados e programação de microcontroladores. Como exemplo, podemos citar:

• Plataforma Arduino
• Microchip PIC Starter Kit
• Texas Instruments MSP430 Launchpad
• Keil MCB900 (NXP)

Placas para estudo de microcontroladores.

Próximos passos

Após entender o que são microcontroladores e conhecer os tipos mais comuns, vamos aprender a utilizar kits de aprendizagem de Microcontroladores.

O que abordaremos na Bóson:

• Arduíno
• Texas Instruments (Launchpad)
• Microchip (PIC)
• Intel 8051

E mais alguns outros. Enquanto isso, assista a um vídeo de Introdução aos Microcontroladores:

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